灯光取代Wi-Fi？神奇的Li-Fi技术！

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在我们日常生活中，Wi-Fi几乎成为不可或缺的基础设施。从家庭网络到办公室通信，从学校教室到咖啡馆，随处可见它的存在。然而，随着数据需求的急剧增长，传统Wi-Fi网络开始面临拥堵、干扰和安全等方面的挑战。

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（图片来源：[1]）

在这种背景下，一种新兴的无线通信技术——Li-Fi（可见光通信）正在崭露头角。它不仅让我们重新思考“光”的用途，也可能彻底颠覆未来的网络通信方式。那么，Li-Fi到底是什么？它如何工作？能否真正取代Wi-Fi？又有哪些令人期待的应用场景？



什么是Li-Fi技术？



Li-Fi，全称是Light Fidelity，中文一般称为“光保真”或“可见光无线通信”。它是一种利用可见光波段进行高速数据传输的无线通信技术，与传统的Wi-Fi不同，Li-Fi并不依赖无线电波，而是通过光线进行信息的发送和接收。

🔺Li-Fi通过光线进行信息的发送和接收（图片来源：[3]）


这项技术最早由爱丁堡大学教授哈拉尔德·哈斯（Harald Haas）于2011年在TED演讲中提出，并提出了一个大胆设想：“灯泡能否成为未来的无线网络基站？”随着技术的不断进步，这个曾经听起来近乎幻想的设想，正一步步变为现实。

🔺TED大会上的哈斯教授（图片来源：[4]）

Li-Fi的工作原理



Li-Fi的原理可以归结为四个字：“光调制通信”。核心机制是利用LED灯发出的可见光进行高速调制。所谓“调制”，就是将数字信息（0和1）转换成灯光的闪烁信号。LED灯由于响应速度极快，可以每秒闪烁数百万次以上，而人眼根本无法察觉这种高频率的变化。

🔺Li-Fi技术基本原理（图片来源：[2]）

在实际通信中，数据通过控制灯泡的亮灭来进行传输。例如，亮表示1，灭表示0，连续的明暗变化形成一个完整的二进制数据流。这些变化由接收端的光电传感器（如光电二极管或图像传感器）检测并解码，最终转换成图像、文字、视频等可以理解的信息内容。

🔺Li-Fi系统组成与框架（图片来源：[1]）

需要注意的是，Li-Fi并不一定非得依赖可见光。在一些应用场合中，也可以使用红外线或紫外线作为通信载体，只要它们可以被发射和感知，就能成为传输媒介。


与传统无线电波相比，光的波长更短、频率更高，因而具备更高的数据承载能力。理论上，一个Li-Fi信道的带宽是Wi-Fi的数千倍，能够实现超高速的数据通信。



Li-Fi的优势与劣势



Li-Fi技术虽然令人兴奋，但它并非十全十美，也面临一些物理和现实层面的限制。它的优点和局限性在不同应用场景中表现得尤为明显。


在优点方面，首先是极高的数据传输速率。在实验室环境中，Li-Fi的理论速度可以超过200Gbps，远高于目前主流Wi-Fi的传输水平。其次，Li-Fi拥有更宽广的可用频谱。传统Wi-Fi使用的是2.4GHz和5GHz的无线频段，而可见光频段宽达数百THz，资源更丰富，也能大大减少信道拥堵。


第三个优势是通信安全性更高。由于光线无法穿墙，Li-Fi的信号被自然限制在一个封闭空间内，这使得数据泄露和“蹭网”的风险大大降低，适用于对保密性要求极高的场所，比如军事、金融和医疗系统。

🔺Li-Fi的优势（图片来源：[5]）

此外，Li-Fi不会产生电磁干扰，可用于医院、飞机等对无线信号敏感的环境。同时，Li-Fi还具有双重利用率高的特点：照明与通信合二为一，大大节省能源和基础设施。


然而，Li-Fi的局限也同样明显。最显著的问题在于其对光照环境的依赖。通信必须在“见光”的条件下进行，一旦光线被遮挡或灯被关闭，网络连接就会中断。此外，Li-Fi也无法穿透墙体和障碍物，信号传播范围受限，需要在每个房间都安装独立的Li-Fi发射装置，才能实现全面覆盖。

🔺Li-Fi信号被限制在一个封闭空间内（图片来源：[7]）


其次，目前的消费级设备（如手机、笔记本电脑）普遍未配备Li-Fi接收器，普及尚需时日。此外，由于LED灯在调光时用于传输数据，可能会受到光源亮度变化的限制，夜间或昏暗场景下的使用体验仍需进一步优化。



Li-Fi的应用场景



尽管仍处于发展初期，Li-Fi已经在多个垂直行业中显示出其独特的应用价值，尤其是在那些Wi-Fi难以胜任的场景中。






在医疗领域


Li-Fi可用于手术室、ICU等要求无电磁干扰的空间中，实现无干扰、高速的数据交换，有助于提高医疗设备的互联效率和数据实时性。






在航空领域


Li-Fi可以解决飞行中无法使用Wi-Fi的问题，为乘客提供稳定、安全的上网体验，甚至可实现座舱内各系统的高速通信。

🔺Li-Fi可以解决飞行中无法使用Wi-Fi的问题（图片来源：[8]）






在智慧城市和智能家居中


Li-Fi有望成为“照明即通信”的重要基础设施。未来的街灯、写字楼吊灯甚至汽车前大灯都可以成为数据节点，实现城市信息的广泛传输和设备之间的互联。通过Li-Fi，冰箱、空调、电视等家用电器可以更智能地与环境互动，实现“物联网”真正意义上的互联互通。

🔺可见光信号隐式传播，能够达到AR交互的效果（图片来源：[6]）

在室内定位方面


此外，Li-Fi在室内定位方面也展现出惊人潜力。利用每一盏灯的位置坐标，可以为博物馆、商场、图书馆等提供比GPS更精确的导航服务，帮助用户快速定位目标位置，提升使用体验。

🔺Li-Fi的潜在应用（图片来源：[5]）

未来的某一天，也许你只需打开一盏灯，就能完成高质量的视频会议、资料下载甚至多终端协作。灯光，不再只是照明的象征，而将成为数字生活的入口。


参考文献

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/VQtnmpfJC-1-TmddSxusUQ[2]https://mp.weixin.qq.com/s/Ms6oeC7v9Y5OgaWWrg1_FQ[3]https://mp.weixin.qq.com/s/VWVnioYa1K4wOA4o-9lhwQ[4]https://mp.weixin.qq.com/s/1Q6PUhYh-lpGubiin9DyZQ[5]https://mp.weixin.qq.com/s/neez85chMICu9yXKc7cJyQ[6]https://mp.weixin.qq.com/s/TJHSBNrUDcbn4mh50vae6Q[7]https://mp.weixin.qq.com/s/J33HQIHRS9Eukd2ZyhIHlA[8]https://mp.weixin.qq.com/s/Kv9DJXnSgtgVyarXj9qCNw[9]韦艳梅,李登辉.基于LiFi的健康监测系统[J].电子质量,2024,(12):41-44.[10]李若冰.基于LiFi技术的复合光通信系统的设计研究[J].物联网技术,2023,13(12):42-45.DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2023.12.011.

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来源：力学科普

编辑：测不准的小阳

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voo

以后摸黑玩手机，网都断了

qqwa1234

实验室200Gbps听着厉害，但家里灯一关就断网，这跟用蜡烛上网有啥区别，普及难

dsfgdsg

又开始炒冷饭了？

lovejuan0104

把窃取用户数据说的冠冕堂皇

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_天下有雪_

不一定用可见光。